建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析

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(1)建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 內政部建築研究所研究報告中華民國 96 年 12 月.

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(3) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 研究主持人：陳建忠協同主持人：林大惠研究人員：蕭邦安、何三平、蘇鴻奇研究助理：林俊雄、林展仰. 內政部建築研究所研究報告中華民國 96 年 12 月.

(4) ARCHITECTURE AND BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Integrated Analysis and Full-Scale Evaluation on Fire-Prevention Performances of Building Fires. BY CHINE-JUNG CHEN Ta-Hui Lin Pang-An Hsiao San-Ping Ho HUNG-CHI SU. December 2007.

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(6) 目次. 目次表次 .............................................Ⅲ 圖次 ..........................................Ⅴ 摘要 ..........................................Ⅸ 第一章緒論 .....................................1 第一節研究緣起與背景 ....................1 第二節研究步驟流程 ....................5 第三節國外文獻回顧 .....................6 第二章內政部建築研究所研究回顧 ..................21 第一節開放空間燃燒熱釋放率分析 ..........21 第二節區劃空間火災及滅火實驗分析 ........29 第三節消防撒水設備測試 .................33 第四節 FDS 數值模擬分析 .................38 第三章實尺寸房間實驗設備及實驗規劃 ..............41 第一節實驗場整體架構 ....................41 第二節撒水系統.........................43 第三節量測系統 ........................45 第四節火源 ............................49 第五節實驗參數與流程 ....................50 第四章結果與討論................................55 第一節雙開口部木框架實驗(Test 1) ..........55 第二節單開口部木框架實驗(Test 2~Test 5) ....73 I.

(7) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 第三節單開口部沙發實驗(Test 6~Test 7) ......148 第四節延燒行為和通風效應對撒水頭作動時間 171 的影響 ............................ 第五節實驗總結 ..........................176 第五章結論與建議 ................................181 第一節結論 ............................181 第二節建議..............................184 附錄一 ...........................................187 附錄二 ...........................................191 附錄三 ...........................................195 附錄四 ...........................................199 參考文獻 .........................................203. II.

(8) 表次. 表次表2-1 表2-2 表2-3 表2-4 表2-5 表2-6 表2-7 表2-8 表3-1 表3-2 表3-3 表3-4 表4-1 表4-2 表4-3 表4-4 表4-5 表4-6 表4-7 表4-8 表4-9 表4-10. 10MW大尺度燃燒分析裝置之相關研究案.................... 23 ISO9705實驗分析裝置之相關研究案............................. 27 全尺寸實驗屋加裝撒水頭無撒水頭之相關研究案........ 30 全尺寸實驗屋加裝撒水頭加裝撒水頭之相關研究案.... 34 ISO9705實驗屋之相關研究案......................................... 35 一般撒水設備之相關研究案............................................ 36 細水霧撒水設備之相關研究案........................................ 37 FDS數值模擬分析之相關研究案 .................................... 39 灑水頭規格表 ................................................................... 44 全尺寸火災實驗儀器配置................................................ 45 偵煙器規格表 ................................................................... 48 實驗配置表 ....................................................................... 53 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 1) ............................... 55 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 2) ............................... 73 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 3) ............................... 93 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 4) ............................... 115 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 5) ............................... 129 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 6) ............................... 149 全尺寸火災實驗之火災歷程(Test 7) ............................... 156 各次實驗煙探測器作動時間............................................ 171 各次實驗撒水頭作動時間、溫度.................................... 174 Test 1~5實驗熱釋放率分析表.......................................... 179. III.

(9) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. IV.

(10) 圖次. 圖次圖1-1 圖1-2 圖1-3 圖1-4 圖1-5 圖1-6 圖1-7 圖1-8 圖1-9 圖3-1 圖3-2 圖3-3 圖3-4 圖3-5 圖3-6 圖3-7 圖3-8 圖3-9 圖3-10 圖3-11 圖3-12 圖3-13 圖3-14 圖3-15 圖3-16 圖4-1. 居室內沙發之火災歷程 ................................................... 3 一般火災歷程 ................................................................... 4 研究步驟流程圖 ............................................................... 5 木框架的幾何尺寸 ........................................................... 9 連續火焰高度、間歇火焰高度........................................ 12 火焰竄升至天花板之擴散長度........................................ 14 虛擬點熱源高度 ............................................................... 15 氣流火羽其他位置處之溫度及流速分布........................ 18 天花板火羽氣流 ............................................................... 19 多功能辦公室空間實驗場實體架構圖，實驗場南牆.... 41 實驗場重新建置之圖面 ................................................... 42 矽酸鈣板封閉之窺視窗 ................................................... 43 撒水頭位置 ....................................................................... 44 撒水頭管路及壓力表 ....................................................... 44 灑水頭實品圖 ................................................................... 44 整體量測設備配置圖 ....................................................... 46 單組熱電偶樹配置圖 ....................................................... 47 壓力表 ............................................................................... 47 實驗場測重平台 ............................................................... 49 木框架 ............................................................................... 49 木框架下方之引火源鐵盆................................................ 49 固定火載量與移動或載量配置圖.................................... 50 木角材結構圖與火載量重量表........................................ 51 實驗現場圖 ....................................................................... 51 火源配置圖 ....................................................................... 54 全尺寸火災歷程照片(Test 1)........................................... 56 V.

(11) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 圖4-2 圖4-3 圖4-4 圖4-5 圖4-6 圖4-7 圖4-8 圖4-9 圖4-10 圖4-11 圖4-12 圖4-13 圖4-14 圖4-15 圖4-16 圖4-17 圖4-18 圖4-19 圖4-20 圖4-21 圖4-22 圖4-23 圖4-24 圖4-25 圖4-26 圖4-27 圖4-28 圖4-29 VI. 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 1) ........................... 58 測重平台重量變化圖(Test 1)........................................... 58 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 1) ........................... 60 全尺寸火災等溫線圖(Test 1)........................................... 66 全尺寸火災之實驗屋氣體濃度(Test 1) ........................... 71 全尺寸火災所抽煙氣之特性變化(Test 1) ....................... 71 全尺寸火災歷程照片(Test 2)........................................... 74 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 2) ........................... 75 測重平台重量變化圖(Test 2)........................................... 76 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 2) ........................... 77 全尺寸火災等溫線圖(Test 2)........................................... 83 全尺寸火災之實驗屋氣體濃度(Test 2) ........................... 92 全尺寸火災所抽煙氣之特性變化(Test 2) ....................... 92 全尺寸火災歷程照片(Test 3)........................................... 94 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 3) ........................... 96 測重平台重量變化圖(Test 3)........................................... 97 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 3) ........................... 98 全尺寸火災等溫線圖(Test 3)........................................... 104 全尺寸火災之實驗屋氣體濃度(Test 3) ........................... 114 全尺寸火災所抽煙氣之特性變化(Test 3) ....................... 114 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 4) ........................... 116 測重平台重量變化圖(Test 4)........................................... 117 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 4) ........................... 118 全尺寸火災等溫線圖(Test 4)........................................... 124 全尺寸火災所抽煙氣之特性變化(Test 4) ....................... 128 全尺寸火災歷程照片(Test 5)........................................... 130 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 5) ........................... 131 測重平台重量變化圖(Test 5)........................................... 132.

(12) 圖次. 圖4-30 圖4-31 圖4-32 圖4-33 圖4-34 圖4-35 圖4-36 圖4-37 圖4-38 圖4-39 圖4-40 圖4-41 圖4-42 圖4-43 圖4-44 圖4-45 圖4-46 圖4-47 圖4-48. 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 5) ........................... 133 全尺寸火災等溫線圖(Test 5)........................................... 139 全尺寸火災之實驗屋氣體濃度(Test 5) ........................... 147 全尺寸火災所抽煙氣之特性變化(Test 5) ....................... 147 Test 6及Test 7實驗配置圖................................................ 149 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 6) ........................... 150 測重平台重量變化圖(Test 6)........................................... 151 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 6) ........................... 152 全尺寸火災等溫線圖(Test 6)........................................... 154 全尺寸火災歷程照片(Test 7)........................................... 157 全尺寸火災之熱釋放率變化圖(Test 7) ........................... 158 測重平台重量變化圖(Test 7)........................................... 160 全尺寸火災熱偶樹溫度變化圖(Test 7) ........................... 161 全尺寸火災等溫線圖(Test 7)........................................... 162 全尺寸火災之實驗屋氣體濃度(Test 7) ........................... 169 全尺寸火災所抽煙氣之特性變化(Test 7) ....................... 170 煙探測器、撒水頭位置 ................................................... 171 Test1~Test5實驗撒水頭溫度曲線.................................... 175 Test1~Test5熱釋放率比較圖............................................ 178. VII.

(13) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. VIII.

(14) 摘要. 摘要關鍵詞: 火載量、全尺寸火災實驗、火災成長、延燒特性一、研究緣起本研究將針對建築物內固定火載量和可動火載量，從過去研究成果和國內外文獻進行歸納，分析兩者對火災成長與延燒特性的個別影響，固定火載量將著重於室內裝修材料與設計，可動火載量則著重於火載量型態與分佈。二、研究方法及過程本年度之研究主要針對全尺寸火災的滅火性能進行實驗，利用已建立的辦公室空間實驗模型，再以全尺寸火災實驗來探討侷限空間火災中，固定式可燃物（室內裝修材料與設計）和移動式可燃物（火載量型態與分佈）兩者間的作用關係，並評估可行的阻斷延燒（空間裝修設計）和滅火手法（撒水頭配置和操控方式）。同時，針對滅火手法需用的撒水頭，評估不同延燒行為（垂直延燒、水平延燒）和通風效應對撒水頭作動時間的影響。最後，針對本所在建築物火災的延燒與滅火相關研究的未來發展，擬定研發方向與策略。三、重要發現當通風量足夠時，可縮短火災醞釀期及加快成長速率。而火源周圍若有可燃物質則其引燃所產生的熱氣，亦會縮短火災醞釀期及加快成長速率，故空間內的開口多寡(通風量)以及火源周圍可燃物延燒的情形，皆會對撒水頭作動時間快慢產生顯著的影響。探測器之作動不一定較撒水頭早作動，主要視火場型態不同而改變。四、主要建議事項本計劃綜合專家學者座談會的建議，提出後續研究發展的要項如下 IX.

(15) 性能式防火設計基準全尺寸驗證研究. 所述：建議一本土化電腦計算程式設定參數資料：立即可行主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：營建署、國立成功大學經由多年實驗建立起的火場資料庫，未來本所可以進一步以電腦計算程式進行數值模擬，將其結果與全尺寸火場實驗數值比對，探討電腦計算程式所需之設定與參數變化，藉此建立使用性能設計法所須遵循的法則。建議二探討偵煙式探測器與撒水頭作動順序：中長期建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：消防署、國立成功大學由實驗結果得知，偵煙式探測器並非絕對比撒水頭較早作動，顛覆我們已往的概念，故建議找尋偵煙式探測器與撒水頭作動時間先後的條件與環境，以作為性能化設計的依據。建議三建立建築物火災成長延燒預測與模擬技術手冊：長期建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：營建署、國立成功大學結合經驗計算公式、全尺寸火場資料庫和 FDS 計算程式三大方面的研究成果，可著手建立「建築物火災成長延燒防止預測與模擬技術手冊」，落實性能式設計。. X.

(16) 摘要. ABSTRACT Keywords: fire load, full-scale fire experiment, fire growth, fire spreading. By referring our research findings and open literatures, the individual influence of fixed fire load and movable fire load inside of the building on fire growth and fire spreading will be summarized and analyzed in this study. The analysis will focus on material and design of indoor decoration for fixed fire load, and on fire load pattern and distribution for moveable fire load. Based on the above summarized results, interactions of fixed and moveable fire load will be examined by full-scale fire experiments. In the experiment, possible techniques for interruption of fire spreading and fire suppression will be also evaluated. Considering sprinkles used for fire suppression, the effects of fire spreading and ventilation on actuation time of sprinkles will be investigated. Finally, the strategy and direction of future building fires researches on fire spreading and fire suppression should be proposed in this study.. Important Findings: Sufficient air entrainment and ventilation can shorten fire incubation period and increase fire growth rate. Heat smoke arisen from combustible substances around fire can also shorten fire incubation period and increase fire growth rate. Thus, openings(ventilation) in space and fire spreading in combustible substances around fire source have significant influences on the actuation time of sprinklers. Actuation time of detectors is not always earlier than that of sprinklers, which mainly varies with the pattern of fire.. XI.

(17) 性能式防火設計基準全尺寸驗證研究. XII.

(18) 第一章緒論. 第一章緒. 論. 第一節研究緣起與背景在建築物火災過程中，從起火至閃燃期間，是防火工程上欲竭力避免人員傷亡及財物損失的重要階段。一旦發生閃燃，溫度會急劇上升、毒煙及燃燒氣體量激增、氧氣濃度急速減少、壓力變化亦甚大，人在室內已難以存活，所有人員應在閃燃發生之前逃避至安全處。因此在性能式法規架構中，起火至閃燃的時間評估扮演著非常重要的角色。防火或耐火設計首先要建立預測期間內分區火災特性的模型，對於可燃物分佈不均勻或者類似於大空間火災，分區火災特性主要受到下列因素的影響：(1)建築物的形態（分區的形狀、尺寸），(2)開口部位的形狀、尺寸， (3)分區周牆的熱性質，以及(4)可燃物的種類、數量和存放狀態。目前許多先進國家（美、英、日、紐、澳、瑞典）的防火或耐火設計法中，將房間開口通風特性及火載量列入主要設計參數，而且火載量型態亦為重要參數，惟量化與評估較為困難。基於此點，國內在防火或耐火設計的發展，除了引入先進國家的防火性能式設計法與國際接軌外，需進一步考慮如何針對目前國內現況修訂相關設計參數以符合所需，俾利推廣及實際進行性能式設計法。一般建築物區劃空間的火災，自火源點燃開始，其火勢成長速度的快慢，與其災害範圍的大小，受到許多參數的影響。針對建築物區劃空間火災的發展過程，我們於此逐步加以描述，並藉此說明其相關影響參數。火災通常必須經由可燃物本身著火後形成燃燒現象，即稱為起火。造成起火的原因非常廣泛，常見有電器用品所引起的電線走火、香菸引起的失火、來自鄰近建築物之的燒、或是人為縱火等等。此一時期又稱為火災的醞釀階段，小火源本身如果自行熄滅或者不會接續引燃其他的可燃物體，那麼就不會引起火災。火源能否在可燃物持續延燒成長，與以下因素有關：(1)材料曝火面大小，(2)材料受熱裂解的溫度與速率，(3). 1.

(19) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 引燃溫度及引燃所需最低氧氣量。以一般房間中的沙發椅被引燃後（如圖 1-1a 所示）的火災歷程為例，沙發椅上的引火源會迅速的形成火柱（如圖 1-1b 所示），燃燒釋出的能量一部分（約 35%）以輻射熱方式傳遞到房間內可燃物、牆壁以及天花板，其餘的部分（約 65%）則隨著火柱往上流動。房間內的火災，初期並不會受到封閉空間的影響，其燃燒現象完全由燃料來主導。沙發的強烈火焰，藉由輻射、對流、傳導等方式使整個房間溫度上升，如此一來加速了其它部分材料的焦化裂解而助長燃燒，此時稱為火災發展期，而影響這一階段的因素包含：(1)材料的著火性及發熱性，(2)材料表面的燃燒特性與曝火面大小，(3)房間內可燃物的數量與尺寸，(4)房間內可燃物的間隙及可燃物堆積的高度，(5)點火源的大小與位置，(6)房間開口部的尺寸與位置，(7)風向及風速，(8)房間形狀與尺寸。接下來燃燒範圍由起火點向外延燒，溫度快速上升，往上流動的熱氣流吸入房間的冷空氣，少量的燃燒產物和大量的空氣混合，使得火柱下游的質量流率增加，但是氣流溫度和燃燒產物濃度卻反而下降。火柱上方具渦漩流動特性的煙柱，衝擊天花板而形成天花板噴流（如圖 1-1c 所示）。若在建築物中，大量使用易燃裝修材料裝修天花板，此時火勢將迅速延燒天花板，甚至快速、大面積橫向延燒。燃燒的天花板產生大量的輻射熱向地面放射，促進地板可燃物燃燒速度，如此一來天花板、壁面、地板橫向與縱向的相互連鎖反應，使得火勢成長更快。接著水平四散的天花板噴流碰到房間壁面後，沿著壁面往下流動（如圖 1-1d 所示）；由於噴流溫度高於房間空氣溫度，而其密度則低於空氣密度，往下流動噴流受到向上浮力影響而趨緩。房間壁面也會對往下流動噴流產生阻力作用，並同時經由熱傳而將噴流冷卻。相較於連續流動的天花板噴流，浮力效應和壁面作用，最後使得房間上層氣流顯得遲滯不動。房間上方的天花板噴流和壁面噴流交互作用的結果，在天花板噴流下方，將形成一高溫而遲滯不動的均勻厚度煙氣層，與房間下方冷空氣存在一明顯交. 2.

(20) 第一章緒論. 界面，其厚度不斷向下擴展，溫度和煙濃度也持續增高（如圖 1-1e 所示），其下方可燃物，受到由上而下的輻射熱也逐漸增加。材料因為熱分解產生的可燃性氣體在室內高處蓄積，一但此氣體與空氣混合，氣體濃度到達燃燒界限時，則會瞬間爆發讓整個室內頓時陷入火海中，使局部燃燒變為整體全面燃燒。或當輻射熱造成地面可燃物之溫度達到燃點時，就會產生全面性猛烈的燃燒，所有可燃物被瞬間引燃，釋出大量能量，此即「閃燃」現象。. (a). (b). (d). (c). (e). 圖 1-1 居室內沙發之火災歷程 (SFPE Handbook) 閃燃發生後會使溫度急速上昇而濃煙及炙熱氣體量也會激增。閃燃是室內火災從成長期進入全盛期的過渡階段，時間很短。火勢過了最盛期後，進入衰退期，此時可燃物幾乎燒盡。當閃燃發生，空間內溫度將遽增，而在如此環境中人員絕對不可能存活。因此從火勢形成後到閃燃發生之前，是介入滅火拯救人命的重要時段，若人員受困也只有在這段時期可能逃出該區域。一般建築物的火災歷程，依室內溫度（或熱釋放率）變化及火災現象之不同，可細分為引燃期、成長期、閃燃、全盛期. 3.

(21) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 和衰減期等時期，同時考慮火災歷程對於人員安全造成危害的影響因子，包括：氧氣耗盡、火焰、熱、毒性氣體、煙和結構強度衰減等六大效應，吾人可以針對不同時期及其可能產生的危害效應，提出適當對應的防火策略，如圖 1-2 所示。防火對策包括三大基本策略，火災預防、火災控制和避難救助；其努力方向在於：(1)防止起火，預防失控燃燒狀況發生。(2)延緩或防止室內延燒及火場向外擴大。(3)減低煙毒氣體生成量。(4)確保火災時避難救助行動的安全性和有效性。其方式可分為以材料、構件、構造為主的自然式或被動式防火(passive fire precaution)，及以消防安全設備為主的積極式或主動式防火(active fire precaution)。防止火災的延燒擴大，基本上有滅火、延遲、限制等三種方法。滅火法係使用滅火設備，在火災初期進行撲滅及壓制行動。延遲法利用室內裝修不燃化及減少可燃物量，來抑制急劇燃燒。至於限制法，則是藉劃定區間來阻止火災擴大至另一區間，如防火安全區劃(fire safety compartment)。. 圖 1-2 一般火災歷程 (本研究案). 4.

(22) 第一章緒論. 第二節研究步驟流程本研究將針對建築物內固定火載量和移動火載量，從過去研究成果和國內外文獻進行歸納，分析兩者對火災成長與延燒特性的個別影響，固定火載量將著重於室內裝修材料與設計，移動火載量則著重於火載量型態與分佈。依據歸納分析結果，再以全尺寸火災實驗來探討侷限空間火災中，固定式可燃物（室內裝修材料與設計）和移動式可燃物（火載量型態與分佈）兩者間的作用關係，並評估可行的阻斷延燒和滅火手法。同時，針對滅火手法需用的撒水頭，評估不同延燒行為和通風效應對撒水頭作動時間的影響。最後，針對本所在建築物火災的延燒與滅火相關研究的未來發展，擬定研發方向與策略。研究步驟的流程圖如圖 1-3 所示。. 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 本所研究成果. 固定火載量（室內裝修材料與設計）對火災成長與延燒特性的影響. 國內外文獻. 可動火載量（火載量型態與分佈）對火災成長與延燒特性的影響. 全尺寸火災實驗探討固定式和移動式可燃物兩者間的作用關係. 評估延燒行為和通風效應對撒水頭作動時間的影響. 評估阻斷延燒和滅火手法擬定本所在建築物火災（延燒與滅火）的未來研發方向與策略. 圖 1-3 研究步驟流程圖 (本研究案). 5.

(23) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 第三節國外文獻回顧火災歷程自火源點燃開始到閃燃前，為火災之成長期，此成長階段預測為防火項目中重要的一環，國外已有相當多經驗公式提供預估此一階段，可以分為閃燃時間估算、火焰高度計算、自由空間火羽流計算及區劃空間中火羽流計算。 1-3-1 閃燃時間估算所謂閃燃，就是在一區劃空間內，可燃材料的全部表面突然轉變成著火狀況。或是室內起火後，火勢逐漸擴大過程中，因燃燒所生的可燃性氣體蓄積於天花板附近，此種氣體與空氣混合，一舉引火形成鉅大火苗，使室內頓時成為火海狀態。火災發生後至閃燃發生的時間，稱為閃燃時間，簡稱為 F.O.T.。閃燃時間越長，人員逃生時間也越充裕，一旦發生閃燃，火勢瞬間擴展，屋內人員將無法倖存；由此可知，閃燃時間在建築防火是一個逃生的準則。Peacock等人【1】經由實尺寸火場實驗結果，利用可量測物理性質的近似法以及電腦模擬等方式分析閃燃發生機制。儘管目前閃燃時間的估測方法尚未有所定論，但在大量實驗數據的佐證下，對於引發閃燃的條件各方看法已趨一致：當上層氣體溫度為 600℃，或是到達地板的輻射熱通量為 20kW/m2，即預估閃燃會發生。 Babrauskas【2】利用區劃空間上方煙氣層的熱平衡關係，推導發生閃燃所需的最小熱釋放率，其熱平衡關係為：熱釋放率 = 燃料的消耗率 x 有效熱值 = 空氣流率 x 比熱 x 溫差 + 熱損失率；其中，熱損失部分主要是以熱輻射形式傳遞，空氣流率則與通風因子 (ventilation factor) A0 H 0 有關（A 為開口部面積，h 為開口部高度）。經由推導得到發生閃燃所需的最小熱釋放率(kW)為：. 6.

(24) 第一章緒論. Q&= 750 A0 H 0 ； ············································································ (1.1) 其中， Q&為所需熱釋放率(kW)， A0 為開口的總面積(m2)， H 0 為門口開口的高度(m)。若區劃空間內壁面面積Aw＞ 500 A0 H 0 時則(1.1)式必須修正為：. ⎛ Aw Q&= 650 ⎜1+0.005 ⎜ A H0 ⎝. ⎞ ⎟⎟ × A0 H 0 。 ············································· (1.2) ⎠. 利用 100 多次的單一區劃空間(single compartment) McCaffrey 等人【3】火災實驗迴歸出一經驗公式，用來預測蓄積在區劃空間上方的煙氣層溫度，該公式如下所示：. ⎛ ⎞ Q& ΔTg = 480 ⎜ ⎟ ⎜ gC ρ T A H ⎟ 0 ⎠ p ∞ ∞ 0 ⎝. 2/3. ⎛ ⎞ hk AT ⎜ ⎟ ⎜ gC ρ T A H ⎟ 0 ⎠ p ∞ ∞ 0 ⎝. -1/3. 。 ·········· (1.3). 在此的 C p、ρ∞、T∞、g 各分別為常溫下空氣之比熱(kJ/kgK)、密度(kg/m3)、溫度(K)，重力加速度(m/s2)。Q&為熱釋放率(kW)， A 為開口的總面積(m2)， 0. AT 為牆面的總面積(m )，即為天花板、牆壁及地板，扣除門窗等開口的面 2. 積， H 0 為門口開口的高度。上式中 hk需由火災的燃燒時間 t和熱穿透時間tp（ thermal penetration. time，熱傳至裝修物背面所需的時間）的關係決定，tp的定義如下： t p = ( ρ c / k )(δ / 2 ). 2. ； ·································································· (1.4). t p 為熱穿透時間(s)， ρ 為區劃空間壁面材料的密度(kg/m3)，c為壁面材料的比熱 (kJ/kgK) ， k 為壁面材料的熱傳導係數 (kW/m K) ， δ 為壁面厚度. (m)， t 為燃燒時間(s)。當tp<t時，可利用穩定的一維熱傳導分析來定義hk，即. 7.

(25) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. hk = k / δ (t >t p ). ； ············································································ (1.5). 而當tp>t時，hk則必須利用暫態熱傳導分析來定義： hk = ( k ρ c / t ). 1/ 2. (t ≤ t p ) 。 ·································································· (1.6). 在使用(1.3)式來估算區劃空間上方的煙氣層溫度時，需符合無通風控制、天花板及牆壁面皆為不可燃、以及引燃源是位於區劃空間中央等條件。另外，(1.3)式也可用來估算區劃空間內避免閃燃發生的最大熱釋放率，而一般閃燃約發生在區劃空間上方的煙氣層溫度達到 600℃時，因此，為了避免發生閃燃，McCaffrey 等人【3】令(1.3)式中 ΔTg =500℃，整理後可得到下式：. Q&= 620(hk AT A0 h0 )1/ 2 。································································· (1.7) 對於引燃源在區劃空間的角落或是牆壁邊等情況，並不適合利用(1.3) 式進行估算；因此，為了修正(1.3)式，Mowrer【4】將引燃源放置在區劃空間的角落或牆壁邊來進行區劃空間火災實驗。實驗結果發現，當引燃源在區劃空間的角落或牆壁邊時，其區劃空間上層的煙氣溫度分別為(1.3) 式所估算的 1.7 倍和 1.3 倍，即形成閃燃所需的熱釋放率分別約只需要引燃源在區劃空間中央的 50%和 70%。第二種預測閃燃的方法是從點燃開始(ignition)，逐步依各階段的經驗公式來計算火災的發展過程，若火災的發展到達閃燃的標準，則預測閃燃會發生。在火源的熱釋放率方面，可先利用油盤或木框架等經驗公式來估算。由 Babrauskas【5】研究得知，油盤火焰的熱釋放率與油盤表面積有關，而熱釋放率的大小可利用燃料的質量損失率直接表示，質量損失率與油盤有效直徑的關係式如下所示：. 8.

(26) 第一章緒論. m&'' = m&∞'' (1 − e − k β D ) 。········································································· (1.8) 上式中， m&'' 及 m&∞'' （汽油為 0.055kg/m2 ⋅ s）分別代表實際油盤及無限大油盤的單位面積質量損失率，不同燃料的質量損失率並不相同，D為油盤的有效直徑（若油盤不為圓形，可利用其油盤表面積換算成對應的直徑）；而 k (extinction-absorption coefficient) 與 β (mean-beam-length corrector) 與燃料的燃燒特性有關，一般而言，在液態有機燃料中此兩參數乘積為一固定值，不需要將兩參數分開納入計算式中，汽油的 k β =2.1m-1。將求得的 m&'' 乘上油盤表面積 A 及每單位質量燃料的燃燒熱 ΔH 後，可得到油盤火焰的熱釋放率為：. Q&= m&" AΔH. 。 ················································································ (1.9). 圖 1-4 木框架的幾何尺寸 (SFPE Handbook) 另外，Babrauskas【6】依木框架底部整體點燃以及中間點燃方式的不同，提供了質量損失率的經驗公式。一般木框架堆疊的幾何參數如圖. 1-4 所示。Babrauskas 指出，對於整體點燃的寬鬆結構，質量損失率受燃料表面控制(fuel surface control)，其質量損失率為：. 9.

(27) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 2v t 4 m0v p (1- p ) D D. m&=. ；··································································· (1.10). 其中， m&為質量損失率(kg/s)、 m0 為木框架初始質量(kg)、D為木條寬度. (m)、v p 為燃料表面消耗率(fuel surface regression rate，m/s)，對木料而言， −6. v p = 2.2 × 10 D. −0.6. 、t為從木框架完全引燃起算之時間(s)。至於密集結構的. 質量損失率則受木框架多孔性控制(crib porosity control)，其質量損失率為： −4 ⎛ S ⎞ ⎛ m ⎞ m&= 4.4 × 10 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ hc ⎠ ⎝ D ⎠. ；····························································· (1.11). 其中，S為木條間距(m)、hc為木框架高度(m)、m為燃燒時的質量(kg)。在燃燒時間超過t0之後，其質量損失率則與整體點燃方式相同。一般而言，除了油盤以及木框架有經驗公式可估算燃燒速率外，尚未有其它經驗公式可供利用，對於各式各樣的傢俱，必須個別地以量熱儀測試其熱釋放率，在文獻【6】中有衣櫃、電視、聖誕樹、窗簾以及枕頭等物品的測試數據可供參考。另外，對於火災在成長階段的熱釋放率，為了計算上的方便，儘可能將其曲線用函數來表示。較為常用的函數為t2函數，可以利用下式計算：【 7】. Q&= α t 2 ； ················································································. (1.12). 其中， Q&為總熱釋放率(kW)、 α 為一常數，表示熱釋放率成長的速度快慢(kW/s)、 t 為火災發生後所經過的時間(s)。式(1.12)中， α 的數值若等於 0.00293、0.01172、0.0469、0.1876，其值分別表示熱釋放率的成長速度為「慢」(slow)、「中」(medium)、「快」(fast)、「極快」(ultra fast)。. 10.

(28) 第一章緒論. 1-3-2 火焰高度計算 (A)平均火焰高度火焰高度可藉由實驗由肉眼或者影像處理判定，吾人將平均火焰高度想像成大致在間歇火焰區中間高度，常用下列兩種方式計算求得【8】：. (1) Zukoski 火焰平均高度 zf D. zf D. = 3.3QD*2 / 3 (QD* < 1.0). ， ······························································· (1.13). = 3.3QD*2 / 5 (QD* ≥ 1.0) ； ······························································· (1.14). 其中 QD* 為無因次熱釋放率，可表為 Q = * D. Q&. C p ρ ∞T∞ g D 5 / 2 。··································································· (1.15). 在標準狀態下， QD* ≈ 0.93 × 10−3. Q& D5 / 2. 。··································································· (1.16). 在此的 C p 、 ρ∞ 、T∞ 、 g 分別為常溫下空氣之比熱(kJ/kgK)、密度(kg/m3)、溫度(K)，重力加速度(m/s2)， Q&為熱釋放率(kW)， D 為火源之等效直徑. (m)，將(1.15)代入(1.13)與(1.14)則上式可約等同於底下公式： Q& Q& z f = 0.03( ) 2 / 3 ( 5 / 2 < 1120) D D. ， ··················································· (1.17). Q& 2 / 5 Q& z f = 0.20( ) ( 5 / 2 ≥ 1120) 。 ··················································· (1.18) D D (2) Hesketestad 火焰平均高度 z f = 0.23Q&2 / 5 − 1.02 D 。 ·································································· (1.19). 11.

(29) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. (B)連續火焰高度、間歇火焰高度因為間歇火焰區的溫度較低，所釋放的熱輻射率較連續火焰區為，如圖 1-5。少，所以需界定其高度以區別之【9】. (1)連續火焰高度 z fc = 0.08Q&2 / 5 ， ··············································································· (1.20) (2)間歇（最大）火焰高度 z fi = 0.2Q&2 / 5 ； ················································································ (1.21) 其中， Q&為熱釋放率(kW)， z fc 為連續火焰高度(m) ， z fi 為間歇火焰高度. (m)。. 圖 1-5 連續火焰高度、間歇火焰高度 (本研究案) (C)牆角之火焰高度在牆邊因為火焰會受到牆壁的影響，火焰的高度有所改變。【10、11】. (1) 牆邊連續火焰高度 H fc = 2.8Q&l*2 / 3 D. 12. ， ·········································································· (1.22).

(30) 第一章緒論. (2) 牆邊間歇火焰高度 H fi = 6.0Q&l*2 / 3 D. ； ·········································································· (1.23). 其中， D 為等效直徑(m)， H fc 為牆邊連續火焰高度(m)， H fi 為牆邊間歇火焰高度(m)。 Q&* 為無因次熱釋放率，可表為： l. Q&l* =. Q&l ρ∞C pT0 g 1/ 2 D 3 / 2. ； ·································································· (1.24). Q&l 為單位長度的熱釋放率(kW/m)，在此的 C p 、 ρ∞ 、 g 各為常溫下空氣之比熱(kJ/kgK)、密度(kg/m3)，重力加速度(m/s2)， T0 為熱源之溫度(K)。. (3) 牆邊平均火焰高度 H = 4.2Q&l *2 / 3 D ， ············································································ (1.25) 其中 H 為牆邊平均火焰高度(m) (D)火焰竄升至天花板之擴散長度當火焰變長時，頂端接觸到天花板，並沿著天花板開始擴散，如圖. 1-6，沿著天花板長度 x fl 公式如下【9】： x fl D. = 0.5(. zf − H D. )0.96 ；····································································· (1.26). 其中， H 為火源至天花板距離(m)， D 為等效火源直徑(m)， z f 為火焰平均高度(m)。上式於實際應用中近似於下列公式：. x fl = 0.5( z f − H ) 。 ·········································································· (1.27). 13.

(31) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 圖 1-6 火焰竄升至天花板之擴散長度 (本研究案) 1-3-3 自由空間火羽流計算 (A)虛擬點熱源實際的火源具有一定大小，而利用虛擬熱源點是假設在火源內的熱釋放集中於某點，此點大多會位於真實火源的下方。可利用此點進行火災火羽流理論分析，如圖 1-7。虛擬熱源點公式 z0 (m)有下列三種計算方式。. (1) Zukoski 虛擬點熱源【12】 z0 Q&2 / 5 Q&2 / 5 = c + 0.0659 > 16.5) ， ····················································· (1.28) ( D D D. z0 Q&2 / 5 5/3 Q&2 / 5 = c + 0.01015( ) ( ≤ 16.5) ， ··········································· (1.29) D D D. 火源貼齊地面時， c = −0.50 ，火源沒有貼齊地面時， c = −0.80 ；其中， Q& 為熱釋放率(kW)， D 為火源之等效直徑(m)。. (2) Hesketestad 虛擬點熱源【13】. 14.

(32) 第一章緒論. z0 Q&2 / 5 = −1.02 + 0.083 D D. 。 ······························································· (1.30). (3) Hasemi 虛擬點熱源【14】 z0 Q&2 / 5 Q&2 / 5 = −2.4 + 0.145 ( ≥ 16.5) D D D. ， ····························(1.31). z0 Q&2 / 5 5/3 Q&2 / 5 Q&2 / 5 = 0.0224( ) − 0.145 ( < 16.5) D D D D. 。 ····························(1.32). 圖 1-7 虛擬點熱源高度 (本研究案) (B)中心軸的溫度和速度假設空間中點熱源上並無外在條件干擾，利用距離虛擬點熱源的高。度 z 可以求得整個火羽流場中心軸的溫度和速度等變化【15】. (1) 中心軸上溫度 ΔT0 ( z ) = 9.1[(T∞ /( gc 2p ρ∞2 )]1/ 3 Q&C2 / 3 ( z − z0 ) −5 / 3 ， ································· (1.33) 其中， z0 為虛擬點熱源、 ΔT0 ( z ) 為火羽中心溫度和大氣溫度差 (K). 15.

(33) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. ( T0 − T∞ )、 g 為重力加速度(m/s2)、 Q&C 為對流的熱釋放率(kW)、 c p 為空氣比熱(kJ/kgK)、 ρ∞ 為空氣密度(kg/m3)、 T∞ 為大氣溫度(K)。. (2) 中心軸上速度 u0 ( z ) = 3.4[( g /(c p ρ∞T∞ )]1/ 3 Q&c1/ 3 ( z − z0 ) −1/ 3 ， ··································· (1.34) 其中， u0 ( z ) 為火羽中心平均速度(m/s)。. (3)擴散半徑此處的擴散半徑 bΔT 為火羽中心到火羽外部溫度為中心溫度一半的寬度，可表為：. bΔT = 0.12(T0 / T∞ )1/ 2 ( z − z0 ). 。 ························································ (1.35). (C)火羽之引入空氣量. m&ent = E (. g ρ∞2 1/ 3 &1/ 3 GQ&c2 / 3 5/3 ) Qc ( z − z0 ) [1 + 1/ 2 ] c pT∞ ( g c p ρ∞T∞ ) 2 / 3 ( z − z0 )5 / 3 ， ····· (1.36). 其中，T∞ 為大氣溫度(K)、 ρ∞ 為空氣密度(kg/m3)、 g 為重力加速度(m/s2)、 C 為空氣比熱(kJ/kgK)、 Q& 為對流的熱釋放率(kW)、 z 為虛擬點熱源高 p. C. 0. 度(m)、 z 為距離火源高度(m)、 E 為常數=0.196、 G 為常數=2.9。對於一般大氣情況而言，可以將上式化簡為下列三式【16、17、18】：. (1)在平均火焰高度以上之引入空氣量 m&ent = 0.071Qc1/ 3 ( z − z0 )5 / 3[1 + 0.027Qc2 / 3 ( z − z0 ) −5 / 3 ] ， ···················· (1.37) (2)平均火焰高度附近之引入空氣量 m&ent , L = 0.0056Qc ， ·········································································· (1.38). 16.

(34) 第一章緒論. (3)平均火焰高度以下之引入空氣量 m&ent = 0.0056Qc ⋅ z / L ，····································································· (1.39). 其中， L 為平均火焰高度(m)。 (D)氣流火羽其他位置處之溫度及流速火焰之溫度與速度分布隨著遠離火焰中心軸而下降，此一水平方向分布一般而言大致上是呈現高斯分布(常態分配)，可利用以下公式計算距離虛擬點熱源高度 ( z − z0 ) = z′、距離火焰中心軸水平方向長度 y 中的溫度和速度如圖 1-8。. (1) 火羽溫度 y ΔT ( z′, y ) = exp[− β ( ) 2 ] ΔT0 ( z ) bΔT. ， ························································· (1.40). 其中， ΔT0 ( z ) 為火羽中心溫度和大氣溫度差 (K) ， bΔT 為擴散半徑 (m) ，. β = 0.9 。 (2) 火羽流速. u ( z′, y ) y = exp[−( ) 2 ] u0 ( z ) bΔT. ， ······························································· (1.41). 其中， u0 ( z ) 為火羽中心平均速度(m/s)。. 17.

(35) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 圖 1-8 氣流火羽其他位置處之溫度及流速分布 (本研究案) 1-3-4 區劃空間中火羽流計算 (A)天花板火羽氣流當火災火羽竄升至天花板時，氣流會延著天花板擴散成一同心圓狀，此現象稱為天花板氣流，天花板氣流與撒水裝置之啟動有關。火羽竄升至天花板中心位置之周圍稱為停滯區，圖 1-9，而依據欲觀察的範圍是否在停滯區內則有不同公式可求出其溫度與速度分布【19】。. (1)天花板氣流之溫度 16.9Q&2 / 3 T − T∞ = H 5/3. ( r / H ≤ 0.18) 停滯區內. 5.38(Q&/ r ) 2 / 3 T − T∞ = H. ， ······················· (1.42). ( r / H > 0.18) 停滯區外； ······················· (1.43). 其中，T∞ 為外界大氣溫度(K)， H 為天花板高度(m)， r 為與火羽中心距離. 18.

(36) 第一章緒論. (m)， Q&為熱釋放率(kW)。 (3) 天花板氣流之速度. U = 0.96(. U=. Q& 1/ 3 ) H. 0.195Q&1/ 3 H 1/ 2 r5/6. ( r / H ≤ 0.15) 停滯區內. ， ····························· (1.44). ( r / H > 0.15) 停滯區外； ····························· (1.45). 若火焰直接竄升至天花板，則不適用上述之公式。. 圖 1-9 天花板火羽氣流 (本研究案) (B)挑高空間內火羽氣流特性建築中常有中庭、採光或挑高之天井設計，此時空間內的氣體流動會隨挑高空間之高度 H (m)、挑高空間之等效直徑 D (m)、頂部與底部開。口空間大小有關【20】. (1) H / D < 2.5 時此時火羽的擴散程度因受到空間之牆壁限制而變小，煙層擴散情形較不嚴重。. 19.

(37) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. (2) H / D > 2.5 時此時火羽遍佈整個挑高空間，而此時火羽溫度可以用下式表示：. ΔT 1.32 H = (1.2 + )QD*2 / 3 ( ) −1/ 3 ， ··············································· (1.46) T∞ r + 0.66 D 其中， T∞ 為大氣溫度， r 為供氣開口率(%)。設挑高空間底部之供氣面積為 S a (m2)、設挑高空間頂部之供氣面積為 St (m2)，則. r=. Sa × 100 ···················································································· (1.47) St. 無因次熱釋放率 QD* 定義為：. QD* =. Q& C p ρ ∞T∞ g D 5 / 2. ≈ 0.9 × 10−3. Q& D 5 / 2 ， ········································· (1.48). Q&l 為單位長度的熱釋放率(kW/m)，在此的 C p 、 ρ∞ 、 g 分別為常溫下空氣之比熱(kJ/kgK)、密度(kg/m3)，重力加速度(m/s2)， T∞ 為熱源之溫度(K)，. D 為火源之等效直徑(m)。近年來因電腦發展快速，火災模擬之數值計算已經是許多工程師拿來分析火場的重要工具，對於防火工程上的規劃及火場重現都有很大的幫；像是 NIST 所發佈的 FDS 使用 Large Eddy Simulation(LES) 助【21、22】技術，在計算流體力學中必須將空間切割成許多小格點，並在小格點上計算氣體的密度、速度、溫度、壓力以及氣體物種組成。例如 LEE【23】等人模擬在不同長寬比下，隧道內的煙氣會如何流動；Reyder【24】利用 FDS 模擬倉庫在悶燒引起的火災；Kim【25】等人則利用 FDS 模擬水霧滅火。. 20.

(38) 第二章內政部建築研究所研究回顧. 第二章內政部建築研究所研究回顧內政部建築研究所自民國91年到95年，共計執行15個防火研究案，根據研究主題之不同，可以分為開放空間燃燒熱釋放率分析、區劃空間火災及滅火實驗分析、消防撒水設備測試以及FDS數值模擬分析共四大類加以討論。. 第一節開放空間燃燒熱釋放率分析開放空間是指實驗場周圍未設置門牆等限制煙氣或氣流流通之空間。此部份依照設備可以細分為使用10MW大尺度燃燒分析裝置，以及 ISO9705實驗分析裝置兩種不同設備，分別介紹如下： (a) 10MW大尺度燃燒分析裝置歷年相關研究資料整理如表2-1所示。93年度“送排風與房間高度對火災成長之影響評估研究＂【28】實驗結果得知，使用標準油盤進行熱釋放率估算及廢氣之濃度和流場分析實驗發現，最大火焰熱釋放率可達將近6MW。1~4堆木框架之實驗，對於木質固態燃料之引燃特性、火焰特性、質量損失率、發煙特性以及熱釋放率估算方式有相當程度上的了解。整體而言木框架發煙量則比油盤來的小。至於94年度“建築空間火災特性之分析與印證－住宅單元之實尺寸火災特性分析＂【29】，由其研究結果發現，油盤標準試驗之最大熱釋放率同樣可達將近6MW。而機車實體燃燒試驗分析中，引燃油盤擺放位置會影響(I)機車的延燒方式、(II)達到完全發展期的時間、以及(III)熱釋放率之峰値。機車之熱釋放率隨機車數目呈非線性的增加，在完全發展期時，單部機車之熱釋放率約為1MW，兩部機車約為2MW，而三部機車則為4MW。機車數目愈多，完全發展期持續的時間愈短。機車數目不同，由點燃至燃燒結束之時間差異不大。機車可燃部份主要為塑膠及橡膠等. 21.

(39) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 材料，而機車之總發熱量即為機車可燃材料之發熱量總合。 94年度“性能設計與設計火源檢證研究-火載量與閃燃時間評估在性能法規上之應用研究＂【30】針對台灣特有神桌椅試體進行火載量實驗。結果顯示神桌實驗前總重85.2公斤，實驗後14.3公斤。熱釋放率最高值為 2.11MW。總熱釋放率約為1026MJ。單位重量之實驗發熱量14.47kJ/kg。 94年度“建築防火安全設計與驗證研究(以辦公室為例)＂【32】中，則針對各項常見辦公桌椅的熱釋放率、總熱釋放及單位重量之發熱量進行研究。 94年度“建築消防水系統滅火實驗與撒水頭作動性能評估＂【39】中，則是探討大空間環境油盤之燃燒實驗，採用1呎、2呎、3呎之油盤，在環境空間中以95無鉛汽油、庚烷、正己烷，施行油盤燃燒試驗。. 22.

(40) 第二章內政部建築研究所研究回顧. 表2-1 10MW大尺度燃燒分析之相關研究案年度. 93. 93. 研究課題. 實驗配置/火源位置. 實驗項目. 實驗器材. 火源種類文獻. 針對不同油盤個數及尺寸之熱釋放率、質量消耗速率及燃燒時間進油盤燃燒實驗分不同油盤個數及尺九二無鉛行預估，及 10MW 大尺度燃燒分析寸汽油析裝置煙罩底下執行油盤燃燒實送排風與房間高驗工作【28】度對火災成長之 1.置於角鋼上於 ISO9705 煙罩底下以不同之木框架數影響評估研究進行熱釋放率實驗，並於地板上鋪目、木框架層數以及設防火棉木框架燃燒實驗木框架引燃方式等酒精膏 2.本次實驗因考慮熱釋放率尺度之分析參數，來進行燃燒特問題，實驗利用 10MW 大尺度燃性分析、油盤燒分析裝置來進行量測及分析建築空間火災特油盤與煙罩高度 6m 高，火源於煙油盤燃燒實驗：不同數目之 92 汽油性之分析與印證罩下熱釋放率校正 0.633m×0.633m 油盤【29】－住宅單元之實機車置於離地面 5.5m 之實驗平台住宅單元火災試尺寸火災特性分上，平台鋪設鐵板以及防火棉，而驗：機車實體燃機車 92 汽油析燒試驗分析實驗平台距集煙罩底部 4.5m。. 23.

(41) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 94. 94. 性能設計與設計火源檢證研究10MW 大尺度燃燒分析裝置煙罩神桌椅試體之火丙烷燃燒器(30kW，火載量與閃燃時下載量引燃 4 分 09 秒) 間評估在性能法規上之應用研究 10MW 大尺度燃燒分析裝置煙罩辦公家具燃燒實辦公室家具建築防火安全設下驗計與驗證研究 10MW 大尺度燃燒分析裝置煙罩 (以辦公室為例) 家具組延燒實驗辦公室家具下. 丙烷. 【30】. 丙烷【32】丙烷. 92 無鉛汽建築消防水系統 10MW 大尺度燃燒分析裝置煙罩大空間環境油盤 1 呎、2 呎、3 呎之油油、庚【39】 95 滅火實驗與撒水烷、正己下(火源置中) 燃燒實驗盤頭作動性能評估烷 (內政部建築研究所). 24.

(42) 第二章內政部建築研究所研究回顧. (b) ISO9705實驗分析裝置近三年來利用ISO9705各項研究資料，整理如表2-2所示，由於火的尺度關係，因此在1MW以下之中小型實驗多是利用ISO9705分析裝置進行研究。92年度“建築物單一房間火災模式建立之研究＂【26】中，在 ISO9705集煙罩下以92無鉛汽油，裝入0.633m×0.633m標準油盤中進行熱釋放率實驗。而93年度“送排風與房間高度對火災成長之影響評估研究＂【28】則是針對單一耐燃沙發之燃燒實驗。實驗結果顯示，耐火沙發由於含有耐燃材料，整體熱釋放率相當的小；沙發背墊是最易引燃的部份，當沙發背墊燒穿之後，整個火勢便會加大。 93年度“建築空間火災特性之分析與印證－住宅單元之實尺寸火災特性分析＂【29】中經由耐燃沙發椅及一般布面沙發燃燒實驗之後可發現，在引燃的難易度上，布面沙發較PVC膠皮沙發更易引燃。而在防火性能方面，耐燃沙發因在內部有鋪設防火棉，延燒速度較為緩慢，具較佳之防火性能，但耐燃沙發背部並未做任何防火處理，因此在背部燒穿後易使得火勢迅速增大。由94年度“性能設計與設計火源檢證研究-火載量與閃燃時間評估在性能法規上之應用研究＂【30】得知各項辦公室常見傢俱，如高櫃、矮櫃及桌板等的熱釋放率及單位重量之實驗發熱量，已作為辦公室實驗之標準依據。由95年度“火載量型態於火災成長延燒性之研究＂【38】中，主要研究木框架堆疊方式對熱釋放率之影響，文中提及『建築物火災避難安全性能檢證法』中，火災成長係數αf=0.0125係參考原日本檢證法中建議之值，但經本計劃實際驗證後為涵蓋可能發生火災之危險情況建議將αf 值修正ㄧ倍為0.0250；相對火災強度係數α越大，代表火災時危害度越大。而木框架火載量相同表面積相同，堆疊數愈高則熱釋放率HRR越大，. 25.

(43) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 實驗結果顯示木框架為「一堆」之限制條件時熱釋放率有此趨勢，但誤差有63%~80%。若要利用孔隙率條件限制其木堆孔隙率至少應大於60% 以上。若兩木堆火載量相同，則以堆疊方式越高者火災成長速率越快。 95年度“建築消防水系統滅火實驗與撒水頭作動性能評估＂【39】主要進行各種火源熱釋放率之量測實驗，綜合直徑1呎、2呎、3呎油盤實驗結果，對於使用92無鉛汽油、庚烷與正己烷為燃料之火源，庚烷與正己烷達到穩態之燃燒情況較92無鉛汽油佳，且測得HRR大小依序為正己烷、庚烷、92無鉛汽油。. 26.

(44) 第二章內政部建築研究所研究回顧. 表2-2 ISO9705實驗分析裝置之相關研究案年度 92. 93. 93. 94. 研究課題. 實驗配置/火源位置. 實驗項目. 實驗器材. 火源種類文獻. 建築物單一房間油盤燃燒熱釋放率 0.633m × 0.633m 92 無鉛汽【26】火災模式建立之 ISO9705 實驗屋煙罩下實驗的油盤油研究實驗 Sla-9705：將酒精膏倒在坐墊送排風與房間高耐燃沙發燃燒實驗以及椅背交接處引燃耐燃沙發酒精膏【28】度對火災成長之實驗 Slb-9705：將酒精膏倒在沙發分析影響評估研究椅背部 PVC 膠皮上引燃建築空間火災特以兩個不同引燃模式之實驗進行性之分析與印證分析，(1)將酒精膏倒在座墊以及椅沙發椅燃燒試驗分耐燃與一般沙發酒精膏【29】－住宅單元之實背交接處引燃(2)將酒精膏倒在沙析椅尺寸火災特性分發椅背部之 PVC 膠皮上引燃析辦公椅之火載量性能設計與設計高木櫃 NO.1 火載量火源檢證研究高木櫃 NO.2 火載量火載量與閃燃時 ISO9705 實驗屋煙罩下丙烷燃燒器丙烷【30】矮木櫃火載量間評估在性能法桌板火載量規上之應用研究引火源校正. 27.

(45) 建築物火災於防火性能的全尺寸驗證與整合分析. 95. 火載量型態於火災成長延燒性之三種不同大小木框架研究. 95. 建築消防水系統滅火實驗與撒水 ISO9705 實驗屋煙罩下頭作動性能評估. 1.集煙罩及排氣丙烷燃燒改變木框架堆疊方導管器(25kW 式對熱釋放率之影 2.O2/CO/CO2 氣【38】引燃 200 體分析儀響。秒) 3.柳安木 95 無鉛汽 1 呎油盤油 92 無鉛汽油盤熱釋放率實驗油 1 呎、2 呎、3 呎【39】庚烷之油盤正己烷時間平方火災. (內政部建築研究所). 28. 時間平方火災模擬器. 丙烷.

(46) 第二章內政部建築研究所研究回顧. 第二節區劃空間火災及滅火實驗分析區劃空間是指實驗場周圍有設置門牆等限制煙氣或氣流流通之空間。本節主要將在全尺寸實驗屋無撒水頭火災試驗、全尺寸實驗屋加裝撒水頭火災試驗和ISO9705火災實驗三種不同實驗裝置加以區分，分別敘述如下： (a) 全尺寸實驗屋無撒水頭火災試驗本主題之相關研究主要在93和94年進行，研究資料整理如表2-3所示。93年度“送排風與房間高度對火災成長之影響評估研究＂【28】主要以不同室內裝修在不同空間下進行燃燒實驗，其九次室內裝修實尺寸房間試驗，相關因子及交互影響關係對比實驗，則可找出影響閃燃之因數。 94年度“性能設計與設計火源檢證研究-防火性能設計之火源燃燒特性研究＂【31】，針對單開口部及雙開口部辦公室實尺寸火災進行閃燃時間測試。而94年度“建築防火安全設計與驗證研究(以辦公室為例)＂【32】，全尺寸辦公室實驗結果顯示，當天花板溫度達到600℃時，可以判定閃燃發生。 94年度“可燃物火載量先期評估技術建立與應用＂【33】則是探討房間開口對於按公式房間火災之影響。主要近零兩次實驗，第一次為雙開口實驗，其實驗熱釋放量量測值與估計值比較有30.43％誤差，主要因素應為煙氣由非排氣開口部竄出而沒有進入氣體分析儀所導致。第二次實驗已將實驗屋整修，降低實驗所燃燒之逸散煙氣，誤差降低為16.16％，但還是有煙氣逸散之狀況，因此無法將熱量完全收集分析，所以全尺度實驗結果本身即應乘以一係數推估實際所產生之燃燒熱量，以本實驗屋燃燒實驗歸納可將係數訂為1.25。. 29.

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